گزارش کار آزمایشگاه شیمی صنعتی خشک کن سینی دار


بسمه تعالی

گزارشکار ازمایشگاه شیمی صنعتی

جلسه سوم
(خشک کن سینی دار)

اهداف:
1- پایین اوردن مخارج حمل و نقل
2- مناسب نمودن هر چه بیشتر مواد برای حابجایی
3- تامین خواص فیزیکی مورد نظر و بهینه
4- خواص خورندگی کمتر

مقدمه :

یکی از دستگاههایی که این روزها بیشترین کاربرد را در زمینه خشکبار، صنایع نساجی و صنعت چوب دارد خشک کن است. خشک کردن یکی از روش های نگهداری مواد غذایی می باشد که با استفاده از دستگاه های خشک کن صورت می پذیرد. کاهش و حذف میکروارگانیسم های بیماری زا و افزایش طول عمر مواد غذایی، از عمده دلایل خشک کردن محصولات غذایی است، چراکه محیط های آبی و مرطوب زمینه ی مناسب را برای رشد و گسترش انواع الودگی ها فراهم می کنند .دستگاه میوه خشک کن و سبزی خشک کن یکی از پر فروش ترین دستگاه هاست .
انواع روش های خشک کردن مواد غذایی:
خشک کردن طبیعی : این نوع از روش خشک کردن مواد غذایی با استفاده از عوامل طبیعی موجود در طبیعت، مانند انرژی خورشیدی انجام می شود.
خشک کردن مصنوعی : در این روش، از ماشین آلات خشک کن برای جذب و حذف آب اضافی موجود در مواد غذایی استفاده می شود و در نتیجه مدت زمان نگهداری مواد غذایی را افزایش می یابد.

انواع دستگاه خشک کن میوه و سبزی صنعتی:
1-خشک کن های صنعتی به روش انجماد (تصعیدی):
در اغلب موارد محصولات غذایی را که نسبت به حرارت حساس می باشند از طریق تصعید رطوبت خشک می کنند. در خشک کردن تصعیدی، ابتدا محصول مورد نظر منجمد می شود، سپس حلال (که معمولاً آب می باشد) منجمد شده و از طریق تصعید تحت خلاء از ماده غذایی خارج می شود. از این روش خشک کردن تصعیدی برای افزایش ماندگاری و آسان کردن حمل و نقل آنها استفاده می شود. هزینه طراحی، ساخت، اجرا، نگهداری و استفاده از این دستگاه ها بسیار بالا بوده و با توجه به سرعت بسیار پایین تولید در این روش، قیمت تمام شده محصولات نهایی بسیار بالاست .خشک کن های تصعیدی به دو گروه تقسیم بندی می شوند:
خشک کن تصعیدی تونلی: این فرایند شامل سینی هایی است که از یک طرف به داخل خشک کن وارد و از طرف دیگر بیرون می روند. کندانسور آن توسط یک سیستم سرد کننده ی جذبی آمونیاکی سرد می شود. کنترل بارگیری در این نوع خشک کن تصعیدی با سهولت بیشتری انجام می شود و چنانچه ظرفیت بالا رود می توان دبی جریان را بالا برد.
خشک کن های تصعیدی سینی دار:معمول ترین نوع خشک کن تصعیدی که امروزه در صنعت استفاده می شود، خشک کن تصعیدی سینی دار است. کندانسور، مانند گرم کننده های سینی ها یا در همان اتاقک قرار داده می شود و یا اینکه در اتاقک جداگانه ای که از طریق یک لوله با قطر بزرگ به اتاقک اصلی پیوسته است، سوار می شود، سپس محصول بر روی سینی های داخل اتاقک خشک کن گسترده می شود.
2.خشک کن های خورشیدی میوه و سبزی:
یکی از بهترین و مقرون به صرفه ترین روش ها برای خشک کردن مواد غذایی استفاده ازانرژی پاک و تجدید پذیر خورشیدی است. خشک کن های خورشیدی به طور کلی دو نوع می باشند: اکتیو و پسیو
خشک کن های خورشیدی پسیو:
خشک کننده های خورشیدی پسیو، سیستم های گردش طبیعی یا همرفت طبیعی نیز نامیده می شوند. آن ها معمولاً در سایزی ساخته می شوند که بتوانند برای یک مزرعه مورد استفاده قرار گیرند. در این سیستم ها هوای گرم شده توسط خورشید در بین محصولات از طریق نیروهای رانشی یا فشار هوا جریان پیدا می کند.

وئئئ
خشک کن های خورشیدی اکتیو:
خشک کننده های خورشیدی اکتیو نیز مانند پسیو با استفاده از نور خورشید عمل کرده و محصولات را خشک می کنند.

3.خشک کن های صنعتی به روش هوای داغ:
یکی از پرکاربردترین و بهترین روش های تولید میوه و سبزی جات خشک، استفاده از دستگاه هایی است که با روش هوای داغ کار می کنند. در خشک کن های میوه هوای داغ، یک منبع تولید گرما وجود دارد که با تولید گرمای کنترل شده عامل اصلی خروج رطوبت از میوه و سبزی را فراهم می کند. سیستم گردش هوای دستگاه، پیچیده ترین قسمت این دستگاه است که با وجود تولید گرما در یک نقطه از دستگاه، باید این گرما را بصورت کاملا یکدست و یکنواخت، بصورت طولی، عرضی و عمودی منتقل کرده و سپس دوباره به قسمت کوره بازگرداند. این خشک کن ها در دو نوع خشک کن های کابینتی و خشک کن های تونلی وجود دارند.
خشک کن های کابینتی یا کابینی:
یکی از کاربردی ترین انواع خشک کن ها برای خشک کردن انواع چیپس میوه و سبزی، خشکن کن های کابینی یا کابینتی هستند. این حشکن کن ها به علت قیمت مناسب، کاربری آسان و فضایی که اشغال میکنند، عموما برای مصارف صنعتی، کارگاهی و خانگی پرطرفدار هستند. امروزه باتوجه به رشد بحث کارآفرینی و تمایل خانواده ها به اشتغال زایی، خشک کردن میوه با توجه به میزان کارایی این محصول قابل توجه قرار گرفته و در همین راستا در مقیاس خانگی خشک کن های تک کابین مینی، مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.
خشک کن های صنعتی به سه دسته تک کابین، دو کابین و سه کابین تقسیم می شوند که بسته به حجم تولید میتوان گزینه مناسب را از میان آنها انتخاب نمود. در خشک کن های کابینتی پس از نفوذ هوای گرم غیر مستفیم فرآیند خشک کردن انجام می شود و دما و رطوبت به راحتی قابل کنترل است.

خشک کن های تونلی (کانتینیوس یا خشک کن های نواری) :
دستگاه خشکن تونلی به صورت نواری و کانتینیوس یا کانتینیوز می باشد. خشک کن کانتینیوس شامل طبقاتی است که به صورت ریلی در دستگاه قرار میگیرد. این خشک کن صنعتی نسبت به خشک کن های دیگر دارای قیمت پایین تری می باشد و هزینه نگهداری و تعمیرات این خشک کن ارزان تر است و برای انواع میوه، سبزی و صیفی جات مناسب است.
سوخت دستگاه خشک کن تونلی براساس سفارش مشتری می تواند گاز، برق و یا گازوئیل باشد. این دستگاه خشک کن تونلی معمولا برای مصارف صنعتی بالای 600 کیلو گرم میوه در ساعت استفاده می شود.

4.خشک کن صنعتی تحت خلاء:
به دلیل این که برای خشک کردن مواد حساس به گرما، که توانایی تحمل گرمای بالا را دارا نمی باشند و احتمال اینکه خاصیت خود را در دمای بالاتر از حد مجازشان از دست دهند وجود دارد، این دستگاه ها طراحی شده اند تا مشکل شرکت هایی که از مواد دارویی و یا حساس به گرما استفاده می نمایند حل شود .سیستم خشک کن خلا به بر اساس این اصل فیزیکی که در فشار پایین تر از یک انمسفر، دمای تبخیر آب کاهش می یابد، طراحی و ساخته می شوند. کاربرد دستگاه خشک کن تحت خلا برای موادی است که حساسیت بالایی نسبت به دمای بالاتر از 30 درجه سلسیوس دارند .این دستگاه علاوه بر مصرف برق نسبتا زیاد، از قیمت بالایی هم برخوردار می باشد به همین دلیل برای موادی استفاده می شود که ارزش افزوده آنها بالا باشد در غیراین صورت برای استفاده تولید محصولات ارزان تر صرفه اقتصادی نخواهد داشت. هزینه تمام شده محصول خشک بالا خواهد بود.
موارد استفاده از خشک کن خلاء که توجیه و صرفه اقتصادی دارند:
زعفران، بسیاری از مواد دارویی، برخی از گیاهان دارویی ، محصولات تولید شده توسط فرآیند های بیوتکنولوژیک و بعضی مواد شیمیایی.

5.خشک کن بستر سیال
کاربرد عمده این دستگاه برای خشک کردن محصولات گرانوله که دارای دانه بندی معین و وزن تقریبا مشابهی هستند، می باشند. عمل خشک شدن به صورت پیوسته صورت می پذیرد. محصولاتی که می توان با این نوع خشک کن خشک نمود، عبارتند از نخود فرنگی، دانه های ذرت و سویا، همچنین مواد شیمیایی و معدنی.
در دستگاه خشک کن مواد شیمیایی، هوای گرم توسط فن ها به گردش در می آید و توسط همزنی با دور های متغییر که دارای چندین پروانه است، مواد داخل مخزن را به صورت مداوم جابجا می نماید تا حرارت و هوای گرما به صورت یکنواخت به همه محصولات برسد .گرانول های قرار داده شده داخل مخزن دستگاه نهایتا به کمک همزن و فشار باد وارد محفظه سیکلون می گردند تا گرد و خاک محصول گرفته شود .
از این خشک کن بستر سیال میتوان در کارگاه های صنعتی و کارخانجات استفاده نمود. نوع سوخت آن با توجه به انتخاب مشتری تعیین می گردد که میتوان از گاز، برق و یا گازوئیل استفاده نمود . همچنین لازم به ذکر است که میزان مصرف انرژی به میزان قابل توجه پایین و بهینه شده می باشد.

تئوری :
اصل کار سینی خشک کن برای خشک کردن محصولات مرطوب مانند داروهای خام، مواد شیمیایی، پودرها یا گرانول ها و غیره شناخته می شود. کوره آزمایشگاهی شکل ابتدایی آن است که شامل کابینتی با بخاری در پایین است. مقادیر این اجاق ها به دلیل انتقال حرارت یا رطوبت سنج غیرقابل کنترل آن بسیار کمتر است. وقتی یک فن را در اجاق قرار می دهیم، گردش هوای گرم اجباری شروع می شود. این فرآیند برای کاهش غلظت رطوبت و همچنین برای افزایش انتقال حرارت مفید است. فرم گردش هدایت شده بهترین نوع در خشک کن سینی دار است. در این خشک کن ها، هوا گرم می شود و سپس در یک جریان کنترل شده روی جسم متمرکز می شود. موادی که می خواهیم خشک کنیم روی طبقات سینی ها پخش می شود. سینی که در این فرآیند استفاده می شود باید دارای کف سوراخ دار، توپر یا مشبک باشد. برای گردش هوا در سراسر مواد خشک کننده، سینی های را با کاغذ می پوشانیم . در آن زمان که هوای گرم از روی آن می گذرد مقدار محدودی گرما به هر قفسه ارائه می شود تا گرمای نهان تبخیر را فراهم کند. این نوع خشک کن ها کنترل مناسب رطوبت و دما را فراهم می کند.
میتوان با محاسبه رطوبت موجود در نمونه در طول زمان بازدهی و توان دستگاه را به دست بیاوریم

محدودیت های انجام آزمایش:
فرآیند زمان بر است.
نیاز به هزینه اضافی دارد.
این دستگاه می تواند مواد پلاستیکی را نیز خشک کند.

نتایج و محاسبات :
برای ذرات با اندازه یکسان در دماهای متفاوت :
جرم شن
600 gr
جرم سینی
846 gr
میانگین سرعت
1.2 m/s
مساحت سطح
0.22×0.22 m^2

A
T = 50 C

B
T = 40 C

time
weight
h
R
time
Weight
h
R
0
1586
0.233333
0.003333
0
1584
0.23
0.003333
1
1584
0.23
0.006667
1
1582
0.226667
0.003333
2
1580
0.223333
0.006667
2
1580
0.223333
0.006667
3
1576
0.216667
0.006667
3
1576
0.216667
0.003333
4
1572
0.21
0.006667
4
1574
0.213333
0.006667
5
1568
0.203333
0.006667
5
1570
0.206667
0.005
7
1560
0.19
0.006667
7
1564
0.196667
0.003333
9
1552
0.176667
0.008333
9
1560
0.19
0.005
11
1542
0.16
0.005
11
1554
0.18
0.005
13
1536
0.15
0.006667
13
1548
0.17
0.005
15
1528
0.136667
0.007333
15
1542
0.16
0.004
20
1506
0.1
0.006
20
1530
0.14
0.005333
25
1488
0.07
0.005333
25
1514
0.113333
0.005333
30
1472
0.043333
0.004
30
1498
0.086667
0.004
35
1460
0.023333
0.002667
35
1486
0.066667
0.004667
40
1452
0.01
0.001333
40
1472
0.043333
0.003333
45
1448
0.003333
0.002381
45
1462
0.026667
0.002667
46.4
1446
0

50
1454
0.013333
0.001333

55
1450
0.006667
0

60
1450
0.006667
0.000667

65
1448
0.003333

طبق نمودار ها در شرایط یکسان با کاهش دما سرعت و شدت خشک شدن کاهش میابد

ذرات با اندازه های متفاوت در دمای یکسان :
C
اندازه ذرات =
؟؟؟؟
درشت
D
اندازه ذرات =
؟؟؟؟
ریز
Time
Weight
h
R
Time
Weight
h
R
1
1540
0.156667
0.01
1
1572
0.21
0.006667
2
1534
0.146667
0.003333
2
1568
0.203333
0.006667
4
1530
0.14
0.013333
3
1564
0.196667
0.0025
5
1522
0.126667
0.006667
7
1558
0.186667
0.006667
7
1514
0.113333
0.008333
9
1550
0.173333
0.003333
9
1504
0.096667
0.006667
12
1544
0.163333
0.005556
12
1492
0.076667
0.005556
15
1534
0.146667
0.005556
15
1482
0.06
0.004444
18
1524
0.13
0.006667
18
1474
0.046667
0.002222
21
1512
0.11
0.004444
21
1470
0.04
0.001111
24
1504
0.096667
0.005556
24
1468
0.036667
0
27
1494
0.08
0.004444
27
1468
0.036667
0
30
1486
0.066667
0.005556
30
1468
0.036667
0
33
1476
0.05
0.002222

39
1468
0.036667
0.003333

42
1462
0.026667
0.001667

45
1459
0.021667
0.002778

48
1454
0.013333
0

با مطالعه نمودار ها به این نتیجه میرسیم که ذرات رطوبت بیشتری در خود نگه میدارند و در فرآیند خشک کردن مدت طولا نی برای از دست دادن رطوبت نیاز دارند
همچنین نسبت به ذرات درشت تر در انتها فرایند خشک کردن رطوبت بیشتری در انها می ماند

منابع :
1 – industrial tray dryer
2- Effect of Moisture Content and Particle Sizes ( https://doi.org/10.1111/jfpp.12419 )
3 – انواع خشک کن ها و روش های خشک کردن
4 – Tray Dryer (Theory and Live Experiment) (youtube)

2